Descripción del fenómeno.

 Fuerzas fundamentales de la naturaleza y su partícula mediadora

Es un principio básico de la física afirmar que en el Universo suceden fenómenos físicos que se deben a las interacciones entre las partículas que lo componen. Estas interacciones se describen mediante el concepto de fuerza. De tal forma, la caída de un objeto o la "caída" de la Luna hacia la Tierra se puede explicar mediante la fuerza gravitatoria. La estructura de un objeto, la atracción entre imanes o entre cargas eléctricas se hace mediante la fuerza electromagnética. Desde el principio los científicos han tratado de unificar y simplificar el origen de los fenómenos, intentando adjudicar todos ellos a unas pocas causas comunes y a unos tipos fundamentales de comportamiento.
 
Por otro lado, según sabemos, James C. Maxwell unificó las fuerzas eléctrica y magnética en un único tipo de interacción, la interacción electromagnética, que permitía explicar todos los fenómenos conocidos en su momento sobre los campos de la electricidad y el magnetismo (Tipler & Mosca, 2010).
 
Se denominan fuerzas fundamentales a aquellas fuerzas de la naturaleza que no se pueden explicar en función de otras más básicas y que rigen los procesos en el mundo subatómico. Las fuerzas fundamentales, son las responsables de mantener unidas a las partículas integrantes de los núcleos atómicos. Hasta ahora se han descubierto cuatro: gravitatoria, electromagnética, nuclear fuerte y nuclear débil.

En la naturaleza es posible distinguir cuatro fuerzas elementales que actúan entre las partículas.  Estas fuerzas pueden clasificarse en orden de intensidad decreciente, están la fuerza nuclear, la fuerza electromagnética, la fuerza débil y la fuerza gravitacional. (Serway & Jeweett, 2009, p.1358).   

 

Figura  1. Entraparse. (2020) Diagrama de las cuatro fuerzas fundamentales en la naturaleza

Las fuerzas fundamentales observadas en la naturaleza son, en orden de intensidad decreciente, las siguientes:

1.    La interacción Gravitacional.

2.    La interacción electromagnética.

3.    La interacción fuerte.

4.    La interacción débil.

1.    Interacción gravitacional. Se da entre todas las partículas y se describe mediante la teoría de la relatividad general de A. Einstein o más fácilmente mediante la ley de gravitación universal de Isaac Newton. Gracias a ella se pueden explicar fenómenos como la caída de los cuerpos o el movimiento de los planetas, satélites, estrellas, cometas, etc. Su alcance es infinito y actúa a grandes distancias. Es la interacción más débil de todas, pero es la responsable de la estructura general del Universo. Es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre las partículas y es conservativa.

Figura 2. Joseg. (S.f) Representación de fuerza gravitacional.

La gravitatoria es la fuerza de atracción que un trozo de materia ejerce sobre otro, y afecta a todos los cuerpos. La gravedad es una fuerza muy débil y de un sólo sentido, pero de alcance infinito.

2.    Interacción electromagnética. La interacción electromagnética afecta a las partículas con carga eléctrica o con momento magnético, así como a los fotones. Su descripción se hace a partir de las leyes de Maxwell y su alcance es infinito. Gracias a ella se pueden explicar fenómenos tan diversos como los eléctricos, los magnéticos, la interacción entre la luz y la materia, las ondas electromagnéticas (¿cómo funciona un teléfono móvil?), las fuerzas elásticas que se dan en un muelle, la estructura interna de la materia a escala atómica y molecular, así como la química. Es una interacción inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre las partículas y es conservativa.

     La fuerza electromagnética afecta a los cuerpos eléctricamente cargados, y es la fuerza involucrada en las transformaciones físicas y químicas de átomos y moléculas. Es mucho más intensa que la fuerza gravitatoria, tiene dos sentidos (positivo y negativo) y su alcance es infinito (Rooney, 2012).

3.    Interacción nuclear fuerte. La interacción nuclear fuerte afecta a los quarks, y por tanto, a los hadrones. Es la más intensa de las cuatro y se denomina también interacción fuerte o interacción hadrónica. Su alcance es muy corto, reduciéndose prácticamente a cero para distancias superiores a 10-15 m, por lo que no tiene influencia en la Química, por ejemplo. Gracias a esta interacción se puede explicar la estabilidad y muchos procesos nucleares.

Figura  4. Vega. (S.f). Partículas subatómicas y si origen.

    La fuerza o interacción nuclear fuerte es la que mantiene unidos los componentes de los núcleos atómicos, y actúa indistintamente entre dos nucleones cualesquiera, protones o neutrones. Su alcance es del orden de las dimensiones nucleares, pero es más intensa que la fuerza electromagnética (Rooney, 2012).

4. Interacción nuclear débil. La interacción nuclear débil se produce entre partículas leptónicas o hadrónicas. Explica algunos procesos nucleares, como la desintegración beta de los núcleos, en la que un neutrón se transforma en un protón y un electrón, generándose también un antineutrino electrónico. También explica las transformaciones entre leptones, como la desintegración del tauón. Su intensidad es mucho mayor que la fuerza gravitatoria, pero es menor que la fuerza electromagnética. También se denomina interacción débil (Fernández, 2011).

 Figura  5. Mindomo. (S.f) Movimiento de partículas en Fuerzas nucleares débiles. 

Es la responsable de la desintegración beta de los neutrones; los neutrinos son sensibles únicamente a este tipo de interacción. Su intensidad es menor que la de la fuerza electromagnética y su alcance es aún menor que el de la interacción nuclear fuerte.